Skulptur von Michelangelo als Miniatur aus dem 3D-Drucker
Forscher der ETH Zürich haben eine der bekanntesten Skulpturen unserer Zeit – den David von Künstler Michelangelo – mithilfe von einem speziellen 3D-Druckverfahren als metallene Miniatur gedruckt. Das Verfahren wurde an der Eidgenössischen Technische Hochschule (ETH) in Zürich vor wenigen Jahren entwickelt und ermöglicht die Herstellung von Metallstrukturen in Mikrometer- und Nanometer-Maßstäben.
Foto: panthermedia.net/Linda Bucklin
Eine weltbekannte Skulptur aus dem 3D-Drucker
Der David von Michelangelo ist eine weltberühmte Skulptur, die so gut wie jedes Kind kennt. Die Skulptur wurde von Michelangelo in den Jahren 1501 bis 1504 in der Stadt Florenz aus einem einzigen Marmorblock gehauen. David steht seit 1873 in der florenzer „Galleria dell’Accademia“, ist beeindruckende 5,17 Meter groß und wiegt rund 6 Tonnen. Seine metallene Miniatur besteht im Gegensatz zum Original nicht aus Marmor und ist inklusive Sockel gerade mal 1 Millimeter groß. Der kleine David besteht vollständig aus Kupfer und wurde mit einem innovativen 3D-Druckverfahren hergestellt. Mit dieser detaillierten und optisch beeindruckenden Miniaturskulptur zeigen die Züricher Forscher der Öffentlichkeit, welches Potenzial das neu entwickelte 3D-Druckverfahren besitzt.
Mit dem 3D-Druckverfahren lassen sich Metallstrukturen in winzigen Maßstäben herstellen
Der auf Millimetergröße geschrumpfte David wurde von Giorgio Ercolano vom Unternehmen Exaddon (Ausgliederung vom ETH-Spin-off Cytosurge) in Zusammenarbeit mit dem ETH-Team von Professor Tomaso Zambelli (Labor für Biosensorik & Bioelektronik) hergestellt. Tomaso Zambelli und sein Team von der ETH Zürich entwickelten das neue 3D-Druckverfahren bereits vor wenigen Jahren. Der wichtigste Bestandteil des innovativen Verfahrens ist eine sogenannte Mikropipette. Diese wurde an eine spezielle Blattfeder, eine Cantilever, gekoppelt. Die Kraft, mit welcher die Pipettenspitze das Substrat berührt, wird ständig beobachtet. Dadurch können die Wissenschaftler der ETH Zürich Metalle, die sich in einer speziellen Lösung auf einer stark leitenden Grundplatte befinden, so präzise als möglich elektrochemisch abscheiden. Dank der optischen Kraftmessung können die Wissenschaftler winzige Metallstrukturen Schicht für Schicht in nur einem einzigen Arbeitsgang aufbauen. Das Unternehmen Exaddon hat das dafür entwickelte Mikrometall-Druckverfahren von der ETH Zürich übernommen, es weiter verbessert und vor allem beschleunigt.
Es lassen sich sogar komplizierte Geometrien drucken
Um das vollständige Potenzial der innovativen Drucktechnologie zu zeigen, ließ Giorgio Ercolano den auf Millimetergröße geschrumpften David drucken. Zuvor hatten die Forscher hauptsächlich winzige Spiralen oder Säulen gedruckt. Das neu entwickelte 3D-Druckverfahren kommt laut Ercolano problemlos mit komplexen Geometrien oder Skulpturen klar. Der David wurde sogar in einem einzigen Durchlauf ohne Hilfsmittel in Form von Schablonen oder Stützstrukturen gedruckt. Nach der Fabrikation mussten die Forscher die Miniaturfigur weder härten noch brennen. Sämtliche Daten, die für den Druck der David-Skulptur benötigt wurden und den 3D-Drucker steuerten, können frei im Internet abgerufen werden. Ercolano hätte sogar den gesamten Raum, in dem die Statue in Florenz ausgestellt ist, mitdrucken können. Um die Skulptur ohne den Raum herstellen zu können, mussten die Forscher zuerst den Datensatz bereinigen.
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Auflösung und Druckpatrone werden zum Flaschenhals
Der Miniatur-David wurde gleich in 2 unterschiedlichen Größen ausgedruckt. Zum einen als Skulptur in der Größe von einem Millimeter und zum anderen als eine zehnmal kleinere Figur. Diese ist gerade mal so groß wie der Sockel vom Miniatur-David. Bei solch winzigen Strukturen stoßen die Wissenschaftler jedoch im Hinblick auf die Auflösung an Grenzen. Metallische Mikroobjekte können im 3D-Druckverfahren generell erst ab einer Größe von 1 Mikrometer gedruckt werden. Damit komplexe und detaillierte Mikroobjekte (wie der David) gedruckt werden können, müssen diese mindestens 100 Mikrometer bis 1 Millimeter groß sein.
Nicht nur von der Detailliertheit, sondern auch von der Zeit her liegen zwischen den beiden Modellen Welten. Der 3D-Drucker benötigte rund 30 Stunden, um den 1 Millimeter großen David herzustellen. Für die Erzeugung des zehnmal kleineren Modells benötigte der Drucker nur 20 Minuten. Von der Theorie her lassen sich mit diesem innovativen Drucksystem Objekte in einer Größe von bis zu 5 Millimeter fabrizieren. Jedoch passt in die verwendete Druckerpatrone nur einen Mikroliter“Tintenflüssigkeit“ und diese Menge reicht gerade einmal für die Herstellung der größeren David-Skulptur. Dennoch: Mit einer einzigen Füllung lassen sich hundert bis tausend winzig kleine Objekte drucken und das ist definitiv beeindruckend.
Zukünftige Verwendungsmöglichkeiten für das 3D-Druckverfahren
Giorgio Ercolano und Tomaso Zambelli sind mit den Resultaten überaus zufrieden. Sie freuen sich, dass eine neue Technologie, die in ihrem Forschungslabor entwickelt wurde, in der Praxis eingesetzt wird. Laut dem ETH-Professor ist es beeindruckend, dass das 3D-Druckverfahren von einer unabhängigen Gruppe übernommen wurde und verbessert werden konnte. Dies unterstreicht die Tatsache, dass das Verfahren wirklich funktioniert. Bisher interessiert sich für das neu entwickelte 3D-Druckverfahren vorwiegend die Elektronikbranche. Mit der innovativen Methode lassen sich zum Beispiel Computerchips problemlos miteinander verbinden oder empfindliche Mikroelektronik-Teile präzise reparieren. Selbstverständlich lassen sich mit dem 3D-Drucker außer Kupfer noch viele weitere Metalle, wie Gold, Platin, Silber oder Nickel, verarbeiten. Laut Ercolano sind aktuell rund 90 % aller Kunden an Kupfer interessiert.
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